CN111679054A - 一种土壤固有振动特性参数测试台 - Google Patents
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Abstract
一种土壤固有振动特性参数测试台，包括激振器台架、激振器托盘和控制台，还包括用于支撑所述激振器台架的支撑柱、X轴滑动装置、第一滑动板、Y轴滑动装置、第二滑动板和Z轴滑动装置，X轴滑动装置设置在激振器台架上平面，第一滑动板通过X轴滑动装置安装在激振器台架上，Y轴滑动装置设置在第一滑动板上平面，第二滑动板通过Y轴滑动装置与第一滑动板连接，第二滑动板上Z轴滑动装置，Z轴滑动装置与第二滑动板垂直设置，激振器托盘设置在第二滑动板上方且连接Z轴滑动装置，控制台设置在激振器台架沿着X轴长度方向的侧壁上。本发明能实现激振器多方向调节的功能，大大提高了调节的精确度，也提高了工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及振动模态测试台技术领域，特别涉及一种土壤固有振动特性参数测试台。
背景技术
模态是结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型，这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。
在土壤的耕作、深松、根茎类作物挖掘等作业过程中，普遍存在着切削阻力大、耗能高的问题。为了解决这些问题，国内外相关学者采用了多种方法和途径来改善土壤机具的切削阻力，振动式土壤切削方式也是一种重要的降低阻力的途径。振动式土壤切削机具设计时，需要先了解土壤的频率、阻尼比等基本振动特性参数。目前现有市场缺乏一种土壤固有振动特性参数测试台，使得测试土壤振动模态非常不便。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种土壤固有振动特性参数测试台，能实现激振器多方向调节的功能，大大提高了调节的精确度，也提高了工作效率。
本发明通过以下技术方案来实现：一种土壤固有振动特性参数测试台，包括激振器台架、激振器托盘和控制台，还包括用于支撑所述激振器台架的支撑柱、X轴滑动装置、第一滑动板、Y轴滑动装置、第二滑动板和Z轴滑动装置，所述X轴滑动装置设置在激振器台架上平面，所述第一滑动板通过X轴滑动装置安装在激振器台架上，并在激振器台架上沿X轴自由滑动，所述Y轴滑动装置设置在第一滑动板上平面，所述第二滑动板通过Y轴滑动装置与第一滑动板连接，第二滑动装置通过Y轴滑动装置在第一滑动板上沿Y轴自由滑动，第二滑动板上Z轴滑动装置，所述Z轴滑动装置与第二滑动板垂直设置，所述激振器托盘设置在第二滑动板上方且连接Z轴滑动装置，激振器托盘通过Z轴滑动装置延Z轴上下自由滑动，所述控制台设置在激振器台架沿着X轴长度方向的侧壁上。
进一步优化，所述激振器台架的一侧边设有把手。
进一步优化，所述X轴滑动装置包括沿X轴长度方向设置的第一T型滑槽和两个第二T型滑槽，所述第二T型滑槽分居于所述第一T型滑槽的两侧，且延第一T型滑槽对称；激振器台架远离控制台一侧的侧壁上设有第一正反电机，所述第一正反电机的输出端连接贯穿第一T型滑槽的第一丝杆，所述第一丝杆上套设有第一丝杆螺母，第二T型滑槽内设有T型滑块，第一丝杆螺母和T型滑块均连接第一滑动板的底部，以实现第一滑动块在激振器台架上沿X轴自由滑动。
进一步优化，所述第一正反电机的底部设有固定板，所述固定板通过螺栓与第一正反电机固定，固定板的一侧固定连接激振器台架。
进一步优化，所述Y轴滑动装置包括沿Y轴长度设置的第二丝杆和两个滑杆，两个所述滑杆分居于所述第二丝杆两侧且沿着第二丝杆对称设置，第二丝杆上套设有第二丝杆螺母，滑杆上设有第一滑套，第二丝杆螺母和第一滑套的顶部均固定连接第二滑动板的底部，以实现第二滑动板在第一滑动板上沿Y轴自由滑动连接。
进一步优化，所述第二丝杆在远离第二正反电机的一端设有固定块，所述固定块的底部与第一滑动板连接，且固定块与第二丝杆通过轴承座转动连接。
进一步优化，所述Z轴滑动装置包括两个滑轨，两个所述滑轨分别固定在第二滑动板上，滑轨上套设有沿滑轨长度方向自由滑动的第二滑套，第二滑套上设有用于驱动第二滑套滑动的步进电机，激振器托盘的两侧固定连接第二滑套，滑轨的顶端设有限位块。
进一步优化，所述激振器托盘上设有多个用于固定激振器的安装定位孔。
进一步优化，所述控制台包括显示屏、多个操作按钮和多个USB接口，所述显示屏设置在控制台的上半部，多个所述操作按钮设置在显示屏的下方，多个所述USB接口设置在控制台的侧壁上。
进一步优化，所述支撑柱的底部开设有凹槽，凹槽内设有倒扣伸缩缸，所述伸缩缸的底部设有万向轮。
本发明的有益效果在于：
一、通过设置伸缩缸凹槽以及万向轮的配合使用，使得设备不仅移动方便，而且固定也很方便；
二、通过设置X轴滑动装置、Y轴滑动装置以及Z轴滑动装置，将激振器固定在激振器托盘上，实现了三个方向的调节；
三、通过设置这种多向调节台架可实现激振器多方向调节的功能，并且采用第一正反电机、第二正反电机以及两个步进电机代替人工调节，激振器都能够垂直激励激振点，输出准确的激励信号，同时减小搭载激振器台架的工作量，大大提高了调节的精确度，也提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为Z轴滑动装置的结构示意图；
图3为X轴滑动装置的结构示意图；
图4为Y轴滑动装置的结构示意图；
图5为控制台的结构示意图；
图6为本X轴滑动装置内部结构示意图；
图7为支撑柱内部结构图；
图8为测试前土槽示意图；
图9为控制台的***框图；
图10为本发明的完整设备土壤测试图；
附图标记：1、激振器台架，2、支撑柱，201、凹槽，202、伸缩缸，203、万向轮，3、第一T型滑槽，301、第一丝杆，302、第一丝杆螺母，4、第一滑动板，5、第二T型滑槽，501、T型滑块，6、第二滑动板，7、固定板，8、激振器托盘，801、安装定位孔，9、控制台，901、显示屏，902、操作按钮，903、USB接口，10、第一正反电机，11、把手，12、第二丝杆，1201、第二丝杆螺母，13、滑杆，1301、第一滑套，14、第二正反电机，15、固定块，16、滑轨，1601、第二滑套，17、步进电机，18、限位块，19、土槽，20、激振器。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
一种土壤固有振动特性参数测试台，如图1所示，包括激振器台架1、激振器托盘8和控制台9，还包括用于支撑所述激振器台架1的多个支撑柱2、X轴滑动装置、第一滑动板4、Y轴滑动装置、第二滑动板6和Z轴滑动装置，激振器台架1的一侧边设有把手11，所述支撑柱2设置在激振器台架1底部的四个拐角处；所述X轴滑动装置设置在激振器台架1上平面，所述第一滑动板4通过X轴滑动装置安装在激振器台架1上，并在激振器台架1上沿X轴方向自由滑动，所述Y轴滑动装置设置在第一滑动板4上平面，所述第二滑动板6通过Y轴滑动装置与第一滑动板4连接，第二滑动板6通过Y轴滑动装置在第一滑动板4上沿Y轴方向自由滑动，第二滑动板6上设置有Z轴滑动装置，所述Z轴滑动装置与第二滑动板6垂直设置，所述激振器托盘8设置在第二滑动板6上方且连接Z轴滑动装置，激振器托盘8通过Z轴滑动装置延Z轴方向上下自由滑动，激振器托盘8上设有多个用于固定激振器的安装定位孔801，所述控制台9设置在激振器台架1沿着X轴方向的侧壁上。
如图3至图6所示，所述X轴滑动装置包括沿X轴方向设置的第一T型滑槽3和两个第二T型滑槽5，所述第二T型滑槽5分居于所述第一T型滑槽3的两侧，且延第一T型滑槽3对称；激振器台架1远离控制台9一侧的侧壁上设有第一正反电机10，所述第一正反电机10的底部设有用于固定第一正反电机10的固定板7，所述固定板7通过螺栓与第一正反电机10固定，固定板7的一侧固定连接激振器台架1，第一正反电机10的输出端连接贯穿第一T型滑槽3的第一丝杆301，第一正反电机10控制所述第一丝杆301顺时针、逆时针两个向转动，第一丝杆301上套设有第一丝杆螺母302，第二T型滑槽5内设有T型滑块501，第一丝杆螺母302和所述T型滑块501均通过焊接连接第一滑动板4的底部，以实现第一滑动板4在激振器台架1上沿X轴自由滑动。X轴方向调节原理：通过第一正反电机10的转动带动第一丝杆301转动，第一丝杆301的转动带动第一丝杆螺母302来回移动，从而带动第一滑动板4沿着X轴方向来回移动，实现了激振器托盘8沿着X轴方向来回移动调节，两个第二T型滑槽5和T型滑块501能够保证激振器托盘8的稳定性。
如图4所示，所述Y轴滑动装置包括沿Y轴方向设置的第二丝杆12和两个滑杆13，两个所述滑杆13分居于所述第二丝杆12两侧且沿着第二丝杆12对称设置，第一滑动板4顶端一侧设有第二正反电机14，所述第二正反电机14控制所述第二丝杆12顺时针、逆时针两个方向转动，第二丝杆12在远离所述第二正反电机14的一端设有固定块15，所述固定块15的底部与第一滑动板4连接，且固定块15与第二丝杆12通过轴承座转动连接，第二正反电机14的输出端连接第二丝杆12，第二丝杆12上套设有第二丝杆螺母1201，滑杆13上设有第一滑套1301，第二丝杆螺母1201和第一滑套1301的顶部均通过焊接固定连接第二滑动板6的底部，以实现第二滑动板6在第一滑动板4上沿Y轴方向自由滑动连接。Y轴方向调节原理：通过第二正反电机14的转动带动第二丝杆12转动，第二丝杆12的转动带动第二丝杆螺母1201来回移动，从而带动第二滑动板6沿着Y轴方向来回移动，实现了激振器托盘8沿着Y轴方向来回移动调节，两个第一滑套1301与滑杆13之间紧密滑动能够保证激振器托盘8的稳定性。
如图2所示，所述Z轴滑动装置包括两个滑轨16，两个所述滑轨16分别固定在第二滑动板6沿着X轴方向中轴线的两端，滑轨16上套设有沿滑轨16长度方向自由滑动的第二滑套1601，第二滑套1601上设有用于驱动第二滑套1601滑动的步进电机17，所述步进电机17用于驱动第二滑套1601沿Z轴上下移动，激振器托盘8的两侧通过焊接固定连接第二滑套1601，滑轨16的顶端设有限位块18。Y轴方向调节原理：通过步进电机17驱动滑套沿着滑轨16来回移动调节，实现了激振器托盘8沿着Y轴方向来回移动调节，通过激振器托盘8与第二滑套1601的固定连接保证了激振器托盘8的稳定性。
如图5所示，所述控制台9包括显示屏901、多个操作按钮902和多个USB接口903，所述显示屏901设置在控制台9的上半部，多个所述操作按钮902设置在显示屏901的下方，多个所述USB接口903设置在控制台9的侧壁上，通过操作按钮902以及显示屏901的配合使用精确调节第一正反电机10、第二正反电机14以及步进电机17的调节，通过显示屏901能够清楚观察土壤振动模态，该控制台9内设有信号采集处理分析***以及完成数据传输的中央处理器等。
如图7所示，支撑柱2的底部开设有凹槽201，凹槽201内设有伸缩缸202，该伸缩缸202与凹槽201卡固连接，所述伸缩缸202的底部设有万向轮203，所述万向轮203沿着Z轴旋转一圈所形成的直径小于凹槽201的直径，该伸缩缸202以及凹槽201的设计使得设备在移动时伸张伸缩缸202通过把手11将设备移动至需要实验处，移动时需要用到万向轮203，然后收缩伸缩缸202，使得设备处于固定状态下。
实施例1
如图10所示，土槽19长、宽、高尺寸为6m×0.8m×0.5m，土槽19为可拆卸，土槽19可分别4节，长、宽、高尺寸为1.5m×0.8m×0.5m，试验所用砂壤土，土槽19放置在较为柔软的PVC泡沫板上，接近自由状态来减弱地面对土壤的刚性约束，以减小对测试结果的影响。如图8所示，在试验前，首先通过扬镐、铁锹、刮土板、滚筒等设备将土槽19内土壤进行深松、破碎、平整、压实等处理，再用土壤硬度仪，轻便剪力仪以及烘干法分别测试土壤的硬度，内摩擦角和含水率，并记录下来；其中，含水率范围在12%～20%，内摩擦角范围在18°～22°，土壤硬度范围在0.5Mpa～1.0Mpa。土壤硬度的调节通过滚筒碾压来改变，含水率大小的调节通过水壶的洒水量来控制，传感器在使用前要进行标定以防止信号失真。在电脑的动态信号收集分析软件中设置厂家提供的传感器参数以及采样频率、灵敏度、量程范围、工程单位，传感器接入通道的方式等。如图9，将USB接口903通过数据线与电脑进行连接，电脑上将提取相关数据测试曲线。将信号发生器，功率放大器，激振器20依次连接，信号发生器提供激励信号，功率放大器进行功率放大，再由激振器20发出最终激励信号，激励土槽19的侧面和端面。传感器分为两部分，一是埋在土壤内的三轴加速度传感器，用于测试响应信号，二是激振器传感器，用于采集激励信号。采用坏境激励法或线性扫频法进行测试，测点的数目根据模态阶数而定，测点的数目应远远大于测量振型的阶数，测点的选取应避开节点，通过改变激振器托盘8的X轴方向、Y轴方向、Z轴方向进而使激振器托盘8上的激振器20对不同的测点进行激励。使用时，首先将激振器20通过激振器安装定位孔801固定在激振器托盘8上，伸张伸缩缸202，通过把手11将设备移动至需要试验处，然后收缩伸缩缸202，然后通过操作按钮902以及显示屏901的配合使用精确调节第一正反电机10、第二正反电机14以及步进电机17的调节，通过显示屏901能够清楚观察土壤振动模态，该控制台9内设有信号采集处理分析***以及完成数据传输的中央处理器，通过第一正反电机10的转动带动第一丝杆301转动，第一丝杆301的转动带动第一丝杆螺母302来回移动，从而带动第一滑动板4沿着X轴方向来回移动，实现了激振器托盘8沿着X轴方向来回移动调节，两个第二T型滑槽5和T型滑块501能够保证激振器托盘8的稳定性，通过第二正反电机14的转动带动第二丝杆12转动，第二丝杆12的转动带动第二丝杆螺母1201来回移动，从而带动第二滑动板6沿着Y轴方向来回移动，实现了激振器托盘8沿着Y轴方向来回移动调节，两个第一滑套1601与滑杆13之间紧密滑动能够保证激振器托盘8的稳定性，通过步进电机17驱动滑套沿着滑轨16来回移动调节，实现了激振器托盘8沿着Y轴方向来回移动调节，通过激振器托盘8与第二滑套1601的固定连接保证了激振器托盘8的稳定性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种土壤固有振动特性参数测试台，包括激振器台架（1）、激振器托盘（8）和控制台（9），其特征在于，还包括用于支撑所述激振器台架（1）的支撑柱（2）、X轴滑动装置、第一滑动板（4）、Y轴滑动装置、第二滑动板（6）和Z轴滑动装置，所述X轴滑动装置设置在激振器台架（1）上平面，所述第一滑动板（4）通过X轴滑动装置安装在激振器台架（1）上，并在激振器台架（1）上沿X轴方向自由滑动，所述Y轴滑动装置设置在第一滑动板（4）上平面，所述第二滑动板（6）通过Y轴滑动装置与第一滑动板（4）连接，第二滑动板（6）通过Y轴滑动装置在第一滑动板（4）上沿Y轴方向自由滑动，第二滑动板（6）上设置有Z轴滑动装置，所述Z轴滑动装置与第二滑动板（6）垂直设置，所述激振器托盘（8）设置在第二滑动板（6）上方且连接Z轴滑动装置，激振器托盘（8）通过Z轴滑动装置延Z轴方向上下自由滑动，所述控制台（9）设置在激振器台架（1）沿着X轴方向的侧壁上。
2.如权利要求1所述的一种土壤固有振动特性参数测试台，其特征在于，所述激振器台架（1）的一侧边设有把手（11）。
3.如权利要求1所述的一种土壤固有振动特性参数测试台，其特征在于，所述支撑柱（2）的底部开设有凹槽（201），凹槽（201）内设有伸缩缸（202），所述伸缩缸（202）的底部设有万向轮（203）。
4.如权利要求1所述的一种土壤固有振动特性参数测试台，其特征在于，所述X轴滑动装置包括沿X轴方向设置的第一T型滑槽（3）和两个第二T型滑槽（5），所述第二T型滑槽（5）分居于所述第一T型滑槽（3）的两侧，且延第一T型滑槽（3）对称；激振器台架（1）远离控制台（9）一侧的侧壁上设有第一正反电机（10），所述第一正反电机（10）的输出端连接贯穿第一T型滑槽（3）的第一丝杆（301），所述第一丝杆（301）上套设有第一丝杆螺母（302），第二T型滑槽（5）内设有T型滑块（501），第一丝杆螺母（302）和T型滑块（501）均连接第一滑动板（4）的底部，以实现第一滑动板（4）在激振器台架（1）上沿X轴自由滑动。
5.如权利要求4所述的一种土壤固有振动特性参数测试台，其特征在于，所述第一正反电机（10）的底部设有固定板（7），所述固定板（7）通过螺栓与第一正反电机（10）固定，固定板（7）的一侧固定连接激振器台架（1）。
6.如权利要求1所述的一种土壤固有振动特性参数测试台，其特征在于，所述Y轴滑动装置包括沿Y轴长度设置的第二丝杆（12）和两个滑杆（13），两个所述滑杆（13）分居于所述第二丝杆（12）两侧且沿着第二丝杆（12）对称设置，第一滑动板（4）顶端一侧设有第二正反电机（14），所述第二正反电机（14）的输出端连接第二丝杆（12），第二丝杆（12）上套设有第二丝杆螺母（1201），滑杆（13）上设有第一滑套（1301），第二丝杆螺母（1201）和第一滑套（1301）的顶部均固定连接第二滑动板（6）的底部，以实现第二滑动板（6）在第一滑动板（4）上沿Y轴方向自由滑动连接。
7.如权利要求6所述的一种土壤固有振动特性参数测试台，其特征在于，所述第二丝杆（12）在远离第二正反电机（14）的一端设有固定块（15），所述固定块（15）的底部与第一滑动板（4）连接，且固定块（15）与第二丝杆（12）通过轴承座转动连接。
8.如权利要求1所述的一种土壤固有振动特性参数测试台，其特征在于，所述Z轴滑动装置包括两个滑轨（16），两个所述滑轨（16）分别固定在第二滑动板（6）上，滑轨（16）上套设有沿滑轨（16）长度方向自由滑动的第二滑套（1601），第二滑套（1601）上设有用于驱动第二滑套（1601）滑动的步进电机（17），激振器托盘（8）的两侧固定连接第二滑套（1601），滑轨（16）的顶端设有限位块（18）。
9.如权利要求1所述的一种土壤固有振动特性参数测试台，其特征在于，所述激振器托盘（8）上设有多个用于固定激振器的安装定位孔（801）。
10.如权利要求1所述的一种土壤固有振动特性参数测试台，其特征在于，所述控制台（9）包括显示屏（901）、多个操作按钮（902）和多个USB接口（903），所述显示屏（901）设置在控制台（9）的上半部，多个所述操作按钮（902）设置在显示屏（901）的下方，多个所述USB接口（903）设置在控制台（9）的侧壁上。
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| CN104122102A (zh) * | 2014-07-02 | 2014-10-29 | 上海大学 | 一种车轮土壤力测试台 |
| CN208859238U (zh) * | 2018-07-27 | 2019-05-14 | 广州立致电子有限公司 | 电源适配器测试台 |
| CN109813513A (zh) * | 2019-01-28 | 2019-05-28 | 沈阳建筑大学 | 一种机械结合面动态特性参数测量装置及方法 |
| CN210638890U (zh) * | 2019-11-06 | 2020-05-29 | 上海嘉仕久企业发展有限公司 | 一种用于汽车转向节的试验台 |
-
2020
- 2020-06-04 CN CN202010499917.6A patent/CN111679054A/zh active Pending
Patent Citations (4)
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